JP2014036450A - モータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】磁極位置推定を短時間でかつ、安定した速度で行うことができるモータ駆動装置を提供する。
【解決手段】磁極位置推定器４は、仮の磁極位置を基準にして電気角半周期をＮ分割する位相情報１６と電流指令１５とを出力し、移動方向情報１４を用い、発生電磁力が零となる位相情報１６を見つけ磁極位置を特定するものであり、出力する電流指令１５はトルク指令１３とあらかじめ設定された電流指令とで小さいほうを使用することで同期電動機の速度が速度制限指令１２を超えないように制御することを特徴とするモータ駆動装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、始動時に磁極位置推定を行うモータ駆動装置に関する。

従来、モータのベクトル制御は、絶対位置検出器（レゾルバやアブソリュートエンコーダ）により磁極位置を検出し、磁極位置に同期した位相の正弦波電流の振幅及び位相の制御を行いながら電磁力制御を行うものである。

基本的に発生トルクが最大になる電流位相γｍａｘは、印加する電流によらず発生電磁力が零になる電流位相γｍｉｎを９０°ずらしたものである。この電流位相を求める方法として、発生トルクの極性に応じて電流位相γを更新していく方法がある（例えば、特許文献１参照）。

この方法は、仮の磁極位置を基準に電気角半周期をＮ分割した位相に電流を印加し、そのときの移動方向Ｄ（＋，０，−）を判定するステップ１と、移動方向Ｄの符号が反転する電気角領域を２分割した位相に電流を印加し、そのときの移動方向Ｄ１を判定するステップ２と、移動方向が＋から０および０から−に変化する電気角領域をそれぞれ２分割した位相に電流を印加し、そのときの移動方向Ｄ２を判定するステップ３と、移動方向が０となる電気角領域の中間点を発生電磁力が零となる位相と決定するステップ４とを備え、ステップ４における零位置Ｐを基準にして電流位相を決定している。

特開２００６−２９６０２７号公報

しかしながら、上述した技術は、電流指令をステップで印加するため、位相状態によるモータ挙動のばらつきが大きく、モータ速度が過大になるという課題がある。例えば、同じ電流量を印加しても、そのときの位相状態によって、全く動かないときもあれば、モータ速度が急加速する場合もある。磁極位置推定の精度をあげるには一般的に電流指令を大きくする必要があるが、その場合はこのモータ速度が過大になる部分が問題になる。

本発明は上記従来の課題を解決するものであり、モータ速度を一定以下に制限する機能を加えることで、電流指令を大きくしても、磁極位置推定時のモータ速度を低く抑えることができるモータ駆動装置を提供することを目的とする。

位置検出器からの位置情報から速度情報を出力する速度検出器と、
速度制限指令と前記速度情報の差分を０にするようなトルク指令を出力する速度制御器と、
前記位置情報から移動方向情報（＋，０，−）を出力する移動方向判別器と、
前記トルク指令と前記位置情報と前記移動方向情報から電流指令と位相情報を出力する磁極位置推定器と、
前記電流指令と前記位相情報から同期電動機への電圧指令を出力する電流制御器とを備え、
前記磁極位置推定器は、前記位置検出器から得た始動位置である仮の磁極位置を基準に
して電気角半周期をＮ分割する前記位相情報と前記電流指令とを出力し、前記移動方向情報を用い、発生電磁力が零となる電気角領域の中間位置から電流位相を決定するものであり、出力する前期電流指令は前記トルク指令の絶対値とあらかじめ設定された磁極位置推定用の電流指令とで小さいほうを使用することで同期電動機の速度が前記速度制限指令を超えないように制御する。

本発明のモータ駆動装置によれば、磁極位置推定中のモータ速度が速度制限値を超えないように制御できることで、磁極位置推定中でも、安定性及び安全性を確保することができる。また、モータ速度が過大にならないことで、磁極位置推定動作による移動量も小さくすることができる。

本発明の実施の形態１におけるモータ駆動装置のブロック図 本発明の実施の形態１における移動方向判別器３の説明図 本発明の実施の形態１における速度制限効果の説明図

（実施の形態１）
以下、本発明について図を参照して説明する。

図１は、本発明の請求項１記載のモータ駆動装置におけるブロック図である。

図１において、速度検出器１は、位置検出器からの位置情報１０の前回値と今回値との差分から速度換算し速度情報１１を出力し、速度制御器２は、速度制限指令１２と速度情報１１との差分が０になるために必要なトルク指令１３を出力し、移動方向判別器３は、電流指令１５と位置情報１０から移動方向を＋、−、移動なしの３種類に判別し移動方向情報１４として出力し、磁極位置推定器４は、トルク指令１３と移動方向情報１４から電流指令１５と電流制御で使用する位相情報１６を出力し、電流制御器５は、電流指令１５と位相情報１６からＵ，Ｖ、Ｗ各相への電圧指令１７を出力するものである。

速度制御器２は、一般的な速度制御を行うものであり、速度制限指令１２と速度情報１１の差分に対し、制御ゲインをかけたものをトルク指令１３として出力するものであり、その制御方法は、比例制御、比例積分制御などがある。

移動方向判別器３は、図２に示すように、磁極位置推定器４から電流指令１５が出力された状態の位置情報１０から、電流指令１５印加開始から終了までの移動量を算出し、その方向を＋、−、移動なしの３種類に判別し、移動方向情報１４として出力する。移動方向判定には、ある一定以下は移動なしと判断し、それ以上動いた場合には方向によって＋、−と判別する。その閾値は、あらかじめ固定値でもよいし、パラメータなどで可変にしておいてもよい。

磁極位置推定器４は、位相情報１６と電流指令１５を出力し、その動作の結果を移動方向情報１４として受け取り、次の出力の位相情報１６を決定し、再度、位相情報１６と電流指令１５を出力し、またその結果を移動方向情報１４として受け取る、という動作を繰り返し、最終的に、移動方向情報１４が移動なしという状態になる位相情報１６を検出し、磁極位置推定を完了させるものである。

具体的には、まず最初は３６０°をＮ分割した位相情報１６のそれぞれに対し、電流指令１５を出力し、移動方向情報１４を受け取り、それぞれの移動方向をＤｎに記憶する。
そして印加した位相情報に対し、１８０°を加算したところは、移動方向を反対にしてＤｎに記憶させる。例えば、Ｎ＝３にした場合は、位相情報１６＝０°、１２０°、２４０°となり、まずそのときの移動方向をＤ１、Ｄ２、Ｄ３に記憶させる。その１８０°加算した位置は、それぞれ１８０°、３００°、６０°となり、これらは、Ｄ４はＤ１の逆方向、Ｄ５はＤ２の逆方向、Ｄ６はＤ３の逆方向を入れることで、最初の３回の電流指令１５印加に対し、計６個所の移動方向Ｄ１〜Ｄ６を判別する。

次に、最初のＤｎの結果から次の位相情報１６の決め方について説明する。まずＤｎの結果で＋方向／―方向の変化点を見つける。それをＤｎ＋、Ｄｎ−とする。この時点で、電流指令１５を出力しても移動しない場所が６０°の範囲に絞られる。次に、Ｄｎ＋とＤｎ−のちょうど中心の位置を位相情報１６とし、電流指令１５を出力して移動方向を確認する。その時の結果をＤｎ１に記憶させる。Ｄｎ１が＋なら次はＤｎ１とＤｎ−１の中心を位相情報１６とし、Ｄｎ１が−なら次はＤｎ１とＤｎ＋１との中心を位相情報１６として、電流指令１５を出力して移動方向を確認する。これを繰り返すことで、電流指令１５を出力しても移動しない位相情報１６を探し出し、磁極位置推定動作は完了となる。

本発明のポイントは、この磁極位置推定動作に使用する電流指令１５を、その前段にある速度制御器２のトルク指令１３の絶対値と磁極位置推定用にあらかじめ設定されている電流指令値との小さい方を使用することで、モータ速度が速度制限指令１２を超えないように制御できる点である。その部分ついて詳細に説明する。

まず、例えば、磁極位置推定用の電流指令値を定格電流比１００％とし、速度制限指令１２と速度情報１１との差分を０にするのに必要なトルク指令１３が２００％だとする。この場合、電流指令１５は１００％となるが、その電流を与えたとしても速度情報１１が速度制限指令１２まで到達することはできない。逆に、トルク指令１３が５０％だとすると、電流指令１５は５０％になり、速度情報１１は速度制限指令１２まで到達するが、それを超えることはない。従来はここで電流指令１５を１００％として出力してしまうため、速度制限指令１２を大きく超える動作をしてしまう。

従って、本発明により、図３に示すように速度情報１１が速度制限指令１２を超えないように制御できることになる。

また、磁極位置推定動作に必要な情報は、移動方向情報１４であり、上記のように電流指令１５が制限されたとしても、速度制限指令１２を適切な値に設定しておけば、移動方向判別器３での判別に影響を与えることはない。

なお、本発明は、磁極位置推定のやり方として上記記述内容に限定せず、電流指令を印加して移動方向を判定する磁極位置推定を行うものに対して同様の効果があると考えられる。

本発明のモータ駆動装置は、回転形モータのみならず、トルクを推力に置き換えることで、直動形モータ（リニアモータ）の磁極位置推定などにも有用である。

１ 速度検出器
２ 速度制御器
３ 移動方向判別器
４ 磁極位置推定器
５ 電流制御器
１０ 位置情報
１１ 速度情報
１２ 速度制限指令
１３ トルク指令
１４ 移動方向情報
１５ 電流指令
１６ 位相情報
１７ 電圧指令

Claims (1)

1. 位置検出器からの位置情報から速度情報を出力する速度検出器と、
   速度制限指令と前記速度情報の差分を０にするようなトルク指令を出力する速度制御器と、
   電流指令と前記位置情報から移動方向情報（＋，０，−）を出力する移動方向判別器と、前記トルク指令と前記位置情報と前記移動方向情報から前記電流指令と位相情報を出力する磁極位置推定器と、
   前記電流指令と前記位相情報から同期電動機への電圧指令を出力する電流制御器とを備え、
   前記磁極位置推定器は、前記位置検出器から得た始動位置である仮の磁極位置を基準にして電気角半周期をＮ分割する前記位相情報と前記電流指令とを出力し、前記移動方向情報を用い、発生電磁力が零となる電気角領域の中間位置から電流位相を決定するものであり、出力する前期電流指令は前記トルク指令の絶対値とあらかじめ設定された磁極位置推定用の電流指令とで小さいほうを使用することで同期電動機の速度が前記速度制限指令を超えないように制御することを特徴とするモータ駆動装置。

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